雙排抗滑樁與注漿鋼花管滑坡防治技術(shù)對比研究

楊 玲，黃建國，鄧 勝

（昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093）

大關(guān)縣屬中山峽谷地貌，生態(tài)環(huán)境脆弱，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是云南省遭受地質(zhì)災(zāi)害最嚴重的縣區(qū)之一，地質(zhì)災(zāi)害問題制約著大關(guān)縣經(jīng)濟的發(fā)展[1]，其中，滑坡問題最為突出，縣城區(qū)現(xiàn)存多個不穩(wěn)定斜坡體。傳統(tǒng)滑坡治理方法以抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索為主，其施工周期長、工程量大，對于緊急搶險斜坡防治不太適用。因此探索一種高效快速的滑坡防治方法意義重大。

1 工程概況

翠華中學滑坡位于大關(guān)縣城斜坡臺地與陡崖、峻坡過渡區(qū)域，地形坡度25°～30°?；潞缶壱曰鶐r出露的陡崖或峻坡腳為界，兩側(cè)以自然地形凹溝為界，剪出口位于翠華中學后擋墻腳。平面形態(tài)呈“舌形”，滑坡長約175m，平均寬130m，滑動面埋深在9.3～17.6m，滑坡面積約2.3×104m2，體積3.12×105m3；主滑方向260°，后緣滑動面沿巖土接觸界面發(fā)育，呈折線形，前緣于堆積土體中剪出，呈弧形；前后緣高差約85m?；卢F(xiàn)處于初期蠕滑變形階段，滑面尚未形成，為中層中型滑坡。滑坡區(qū)內(nèi)土體、巖體由上到下為：堆積層（Q4del）、崩坡積層（Q4dl+col）碎塊石；志留系上統(tǒng)菜地灣組（S3c）砂泥質(zhì)白云巖夾粉砂巖?；略O(shè)計工程概況可見圖1。

圖1 翠華滑坡設(shè)計工程概況圖

2 滑坡成因及穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡形成條件及發(fā)生成因

1）形成條件 滑坡處于凹形坡，前后部陡，中間緩。由于雨季降雨集中，地表水易于匯集，使巖土體飽和，軟化巖土強度，破壞邊坡的平衡狀態(tài)；滑坡區(qū)地形坡度35°左右，前部存在高陡臨空面，地形條件差；地表第四系碎石土結(jié)構(gòu)松散，利于地表水下滲，巖土接觸帶是地下水的匯集區(qū)域，地下水的匯集軟化了巖土接觸帶的土體，易形成軟弱帶。

2）發(fā)生成因 生產(chǎn)生活用水及灌溉用水下滲，常年飽和軟化斜坡巖土體，造成斜坡巖土體抗剪強度降低；人類工程建設(shè)活動頻繁，人為造成了高陡臨空面，破壞了所處斜坡的平衡狀態(tài)。

2.2 穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性計算公式選用GB/T 32864-2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》中公式進行計算[2]，并依據(jù)DZ/T 0219-2006《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》，防治工程分級屬Ⅰ級[3]。本次計算選取三種工況：工況Ⅰ（自重+地下水），安全系數(shù)設(shè)計為1.2；工況Ⅱ（自重+地下水+暴雨），安全系數(shù)設(shè)計為1.15；工況Ⅲ（自重+地下水+地震），安全系數(shù)設(shè)計為1.1。選擇的計算參數(shù)如表1 所示，表內(nèi)括號里為飽和狀態(tài)下參數(shù)，得到穩(wěn)定性計算結(jié)果如表2 所示。根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果，目前滑體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，可能會繼續(xù)發(fā)生滑動，急需對其進行治理。

表1 計算參數(shù)一覽表

表2 穩(wěn)定性計算成果表

3 施工設(shè)計及對比

本文設(shè)計“雙排抗滑樁”防治方案（方案一）和“注漿鋼花管群+預(yù)應(yīng)力錨索組合”防治方案（方案二）2種方案。通過控制兩種方案的布置中心位置、地表截面積、布置深度、布置間距條件一致，從施工安全性、工程量、施工時長、防治效果等方面進行分析對比，給出最優(yōu)治理方案。

3.1 方案一：雙排抗滑樁設(shè)計

在滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治措施中，抗滑樁因其抗滑能力強，適用條件廣泛，防治效果好而被廣泛應(yīng)用于滑坡治理中[4]。由前述可知，翠華中學滑坡規(guī)模較大，剩余下滑力也大，若設(shè)置一排抗滑樁需較大截面，其成本偏高并且支擋效果不理想，這種情況下，應(yīng)考慮采用雙排抗樁進行治理[5]。通過相應(yīng)計算分析并結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，確定采用雙排抗滑樁設(shè)計方案，具體設(shè)計如下。

在B-B′、C-C′、兩條控制剖面上分別布置22 棵、21 棵共計43 棵抗滑樁（A01～A43），根據(jù)滑坡滑動面位置及深度，布置不同樁長的抗滑樁，B-B′、C-C′抗滑樁樁長及樁間距可見表3、表4?？够瑯稑渡斫孛娣e為2.5m×3m，抗滑樁總長989m，總挖方量9 840.5m3，總澆筑混凝土量9 840.6m3，總消耗鋼筋共計487.92t，總耗費護壁模板10 879m2。具體雙排抗滑樁布置分布情況可見圖2～圖4 所示。

圖2 A-A′剖面雙排抗滑樁布置圖

圖3 B-B′剖面下排抗滑樁布置圖

圖4 C-C′剖面上排抗滑樁布置圖

表3 B-B′剖面抗滑樁布置參數(shù)表

表4 C-C′剖面抗滑樁布置參數(shù)表

3.2 方案二：注漿鋼花管群+預(yù)應(yīng)力錨索組合設(shè)計

3.2.1 作用機理概述

采用注漿鋼花管群對滑坡進行防治，可以起到很好地抗滑效果[6]。注漿鋼花管主要由?100×6mm 鋼花管、?150mm 鉆孔、對中環(huán)、一次注漿管、導(dǎo)向頭、注漿槍頭組成，其中注漿槍頭是由注水管、二次注漿管、密封圈等器件組成的整體，注漿鋼花管結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 注漿鋼花管（群）及預(yù)應(yīng)力錨索示意圖

注漿鋼花管在施工防治中通常以一個群組（組合）來布置，其加固作用機理為：利用液壓、氣壓控制注漿壓力，通過一次注漿管把漿液注入鋼花管所在鉆孔并通過裂隙滲入附近巖土體中，漿液以充填、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣占據(jù)其位置，將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)在一起形成一個“臨時膠結(jié)體”[7～8]，此時的膠結(jié)體還不夠牢固。再通過二次注漿管進行二次注漿，由于鋼花管事先留有二次劈裂注漿孔眼，當提高注漿壓力時，漿液將通過二次注漿劈裂眼滲入第一次注漿所形成的“臨時膠結(jié)體”內(nèi)，將其劈裂后重新固結(jié)成一體，形成類似樹根狀的復(fù)合膠結(jié)體，待兩次注漿徹底凝固，最終在地下形成一個強度大、防水性能高和化學穩(wěn)定性良好的固結(jié)區(qū)域，如圖6 所示的有效固結(jié)區(qū)域。

圖6 A-A′剖面注漿鋼花管群+預(yù)應(yīng)力錨索布置圖

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)能夠提高巖土體的自身強度和自穩(wěn)能力，與其他支護結(jié)構(gòu)共同組成錨索支護系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于多種地質(zhì)災(zāi)害防治工程中[9]，通過錨定板及預(yù)應(yīng)力錨索組合，布置一排20 組（M1～M20)形成一個錨固整體，這樣預(yù)應(yīng)力錨索在張拉過程中在巖體內(nèi)形成了表層壓縮區(qū)，由于多根預(yù)應(yīng)力錨索的作用，每根錨索的壓應(yīng)力集中區(qū)互相疊合形成一個連續(xù)分布的壓縮帶[10]，所起到的錨固效果更好。并在每處注漿鋼花管群布置截面的地表處，向坡體內(nèi)部再添設(shè)一束預(yù)應(yīng)力錨索，再次增強抗滑能力。

3.2.2 施工布置

為盡量控制對比條件，在B-B′、C-C′剖面抗滑樁同位置處布置注漿鋼花管群，注漿鋼花管截面積同為2.5m×3m，布置3 列4 排?150mm 鉆孔，鉆孔深度與對應(yīng)雙排抗滑樁布置樁長一致，鉆孔內(nèi)置入鋼花管形成注漿鋼花管群，注漿鋼花管總長為12×989m，無挖方工程量，僅在每處注漿鋼花管群的地表位置處澆筑1m 厚混凝土，使各管連為一個整體，混凝土總澆筑量為322.5m3。

在滑坡中部設(shè)置一排共22 塊18.0m×1.2m×0.8m 的錨錠板，錨錠板間距5m，每塊錨錠板布置4 根預(yù)應(yīng)力錨索，錨索間距5m，錨索自上而下長均為30m，每根錨索由7 束鋼絞線（?10.0mm）構(gòu)成，自由段長度18m，錨固段長度為12m，錨索傾角25°。在C-C′剖面上鋼花管群（G01～G21)頂端設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索屬性與錨定板上所固定預(yù)應(yīng)力錨索屬性一致。

工程布置情況如圖6 所示，注漿鋼花管組合布置位置與雙排抗滑樁方案相同，可參照圖3 和圖4 所示位置，整體平面布置情況可見圖1 所示。

3.3 擋土墻及截排水等設(shè)計

兩種方案的擋土墻、截排水等設(shè)計相同，擋土墻設(shè)計如圖6 所示，截水溝及施工便道布置見圖1。

1）擋土墻設(shè)計 如圖6 所示，在原有擋墻后部5m 處再設(shè)立一處擋土墻，擋土墻上頂寬2m，下底寬4m，高6.5m，嵌入深度1m。在擋墻墻面上每隔3m 設(shè)置一處導(dǎo)水孔，避免坡體排水受擋土墻阻擋從而浸泡軟化滑坡巖土體。擋土墻后堆填上部削方所產(chǎn)生的碎塊石及填土，增大坡腳巖土體質(zhì)量，對坡腳起到反壓作用，通過“削坡壓腳”手段提高滑坡整體穩(wěn)定性。

2）截水溝設(shè)計 在翠華鎮(zhèn)中學滑坡外圍及坡體中部設(shè)置上口寬1.2m、下口寬0.6m 的梯形截水溝，幫、底厚20cm，采用C20 混凝土現(xiàn)澆，截水溝總長1041m。

3）施工便道 為方便滑坡施工，根據(jù)地形條件及防治工程布設(shè)，設(shè)置臨時便道540m，施工便道路面寬4.0m，便道內(nèi)側(cè)路塹放坡比1 ∶1，臨時便道所開挖巖土體均填進新設(shè)擋土墻后部進行反壓。

3.4 方案對比

兩方案各方面對比如下。

1）施工工藝 方案一較為成熟，施工過程中可參考案例多，對于施工人員要求不高，但工程量大；方案二較為新穎，鋼花管在注漿過程中對工人技術(shù)要求較高，其工程量小。

2）施工安全性 方案一在抗滑樁成樁過程中，巖土體的開挖基本采用人工，極易發(fā)生危險，若在地下深處遇險，極易造成人員傷亡；方案二只需在地面上進行鉆孔及注漿作業(yè)，無需進行地下深部開挖，其施工過程更安全。

3）防治效果 選取A-A′剖面對兩種方案進行極限平衡分析驗證，通過計算，方案一在工況Ⅱ和工況Ⅲ下穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.25、1.19；方案二穩(wěn)定性系數(shù)在工況Ⅱ和工況Ⅲ下分別為1.23、1.18。兩者均達到了設(shè)計要求規(guī)范，差別不大。

4）工程造價 方案一需要開挖巖土體、鋼筋、模板、混凝土澆筑等施工造價大，共花費1 978 萬元；方案二僅在鋼花管、注漿體及預(yù)應(yīng)力錨索上有較大花費，共花費1 497 萬元，方案二更經(jīng)濟。

5）施工時長 結(jié)合以往工程情況對施工時長進行計算，方案一設(shè)計工期為8 個月；方案二僅在地面進行施工，工期3 個月。

綜合上述分析，采取注漿鋼花管群+預(yù)應(yīng)力錨索組合設(shè)計方案（方案二）對翠華中學滑坡進行防治更優(yōu)。

4 結(jié)論及建議

通過對翠華中學滑坡雙排抗滑樁及注漿鋼花管群+錨索預(yù)應(yīng)力組合兩種防治方案對比，學校、醫(yī)院、公路邊坡等地突發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害險情時，采用注漿鋼花管群+預(yù)應(yīng)力錨索組合防治技術(shù)其施工更快、施工過程更安全、防治效果更優(yōu)。

翠華中學滑坡防治工程施工完成后，應(yīng)加強對滑坡的監(jiān)測工作，一方面為保證滑坡體下部師生居民的生命財產(chǎn)安全，另一方面收集此類采用新型防治技術(shù)滑坡的防治資料，積累注漿鋼花管施工防治工程經(jīng)驗。